Quantum computing - beschouwd als de krachtpatser van computertaken - kan toepassingen hebben in gebieden buiten pure elektronica, volgens een onderzoeker van de Universiteit van Pittsburgh en zijn medewerkers.

Werken op het snijvlak van kwantummeting en nanotechnologie, Gurudev Dutt, assistent-professor aan de afdeling Natuur- en Sterrenkunde van Pitt aan de Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences, en zijn collega's rapporteren hun bevindingen in een paper die op 18 december online is gepubliceerd Natuur Nanotechnologie . De paper documenteert belangrijke vooruitgang in de richting van het realiseren van een magnetische imager op nanoschaal die bestaat uit enkele elektronen ingekapseld in een diamantkristal.

"Zie dit als een typische medische procedure - een Magnetic Resonance Imaging (MRI) - maar op enkele moleculen of groepen moleculen in cellen in plaats van in het hele lichaam. Traditionele MRI-technieken werken niet goed met zulke kleine volumes, dus er moet een instrument worden gebouwd om dergelijk precisiewerk mogelijk te maken, ' zegt Dutt.

Echter, er ontstond een grote uitdaging voor onderzoekers die werkten aan het probleem van het bouwen van zo'n instrument:hoe meet je nauwkeurig een magnetisch veld met behulp van de resonantie van de enkele elektronen in het diamantkristal? Resonantie wordt gedefinieerd als de neiging van een object om te oscilleren met hogere energie op een bepaalde frequentie, en komt van nature overal om ons heen voor:bijvoorbeeld, met muziekinstrumenten, kinderen op schommels, en slingerklokken. Dutt zegt dat resonanties bijzonder krachtig zijn omdat ze fysici in staat stellen om gevoelige metingen te doen van grootheden zoals kracht, massa, en elektrische en magnetische velden. "Maar ze beperken ook het maximale veld dat men nauwkeurig kan meten."

Bij magnetische beeldvorming, dit betekent dat natuurkundigen slechts een beperkt aantal velden kunnen detecteren van moleculen in de buurt van de resonantiefrequentie van de sensor, waardoor het beeldvormingsproces moeilijker wordt.

"Het kan gedaan worden, " zegt Dutt, "maar het vereist zeer geavanceerde beeldverwerking en andere technieken om te begrijpen wat men aan het afbeelden is. men moet software gebruiken om de beperkingen van hardware op te lossen, en de scans duren langer en zijn moeilijker te interpreteren."

Dutt—werkt samen met postdoctoraal onderzoeker Ummal Momeen en promovendus Naufer Nusran (A&S'08 G), zowel in Pitt's Department of Physics and Astronomy - heeft kwantumcomputermethoden gebruikt om de hardwarebeperking te omzeilen om het hele magnetische veld te bekijken. Door het veld uit te breiden, de onderzoekers van Pitt hebben de verhouding tussen maximaal detecteerbare veldsterkte en veldprecisie met een factor 10 verbeterd ten opzichte van de eerder gebruikte standaardtechniek. Dit brengt hen een stap dichter bij een toekomstig MRI-instrument op nanoschaal dat eigenschappen van moleculen zou kunnen bestuderen, materialen, en cellen op een niet-invasieve manier, weergeven waar atomen zich bevinden zonder ze te vernietigen; de huidige methoden die voor dit soort onderzoek worden gebruikt, vernietigen onvermijdelijk de monsters.

"Dit zou een onmiddellijke impact hebben op ons begrip van deze moleculen, materialen, of levende cellen en stellen ons mogelijk in staat om betere technologieën te creëren, ' zegt Dutt.

Dit zijn slechts de eerste resultaten, zegt Dutt, en hij verwacht dat verdere verbeteringen zullen worden aangebracht met aanvullend onderzoek:"Ons werk laat zien dat kwantumcomputermethoden verder gaan dan pure elektronische technologieën en problemen kunnen oplossen die, eerder, leek fundamentele obstakels te zijn om vooruitgang te boeken met zeer nauwkeurige metingen."